Продолжение. Предыдущая статья

Когда человек привыкает к мысли, что генами организма управляют волны, он словно переносится из пугающей темноты пещеры с призрачными тенями от пламени костра в солнечную степь, где видно ясно и далеко, а фантастическим призракам не остается места. Получают простое и логичное объяснение многие свойства организмов и биологических процессов, которые ранее казались совершенно нелогичными. Один из таких случаев рассмотрен ниже — это необходимость во сне.

Принято считать, что зрелые (прошедшие сплайсинг и т.д.) матричные РНК (мРНК) эукариот отличаются от соответствующих мРНК прокариот лишь непринципиальными вариациями, возникшими в ходе молекулярной эволюции. Это не совсем так. Есть принципиальное отличие, связанное, как можно понять, с главной особенностью генетического аппарата эукариот — с волновым управлением транскрипцией. Речь идет о длительности «жизни» мРНК в цитоплазме. Если у прокариот период полураспада мРНК измеряется минутами, то у эукариот — часами и даже днями.

Например, клетки кишечной палочки Escherichia coli, первоначально неспособные к усвоению лактозы, будучи перенесенными в среду с лактозой, активизируют свои, необходимые в таком случае, гены бета-галактозидазы, пермеазы лактозы и трансацетилазы, так что через считанные минуты начинается интенсивное усвоение непривычного субстрата. При возвращении этих клеток в среду без лактозы, способность к ее усвоению постепенно угасает и через несколько десятков минут практически исчезает (распадаются соответствующие ферменты и мРНК).

Иное положение с эукариотами, что проявляется уже с ранних стадий развития. В зародыше ядро «использует генетическую информацию импульсами», обеспечивая довольно длительный период дальнейшего развития за счет перешедших в цитоплазму мРНК. Например, облучение зародышей вьюна на стадии 22-24ч развития, вызывавшее инактивацию ядер, блокирует развитие зачатка нервной системы на 26-28-м часу и сомитов — на 32-35-м часу развития [Збарский, 1988]. В подобных экспериментах час морфогенетической активности ядра обеспечивает дальнейшее развитие в течение более 3,5 часов.

По приводимым в литературе данным, период полураспада мРНК эукариот, как правило, превышает 10 часов, а в отдельных случаях, когда требуется накопление в клетке большого количества однотипного белка (например, экдизона — гормона линьки), составляет несколько суток [Ткачук, 1983].

Продленный, по сравнению с прокариотами, период полураспада мРНК нельзя отнести к эволюционным завоеваниям эукариот, так как это увеличивает задержку в системе регулирования биосинтеза и вызывает серьезные неудобства. Их иллюстрирует, например, тот факт, что к прокариотам неприменимы такие знакомые нам понятия, как «объелся», «переел» и т.п. Прокариоты намного быстрее нас согласовывают активность генов с условиями окружающей среды, и потому количество потребленного субстрата никогда не вступает у них в серьезные противоречия с остальными процессами.

Иначе говоря, замедленный полураспад мРНК эукариот оказывается одной из потерь, одной из существенных проблем, требующих научного объяснения.

С позиций КСГ, причиной увеличенного периода полураспада мРНК стала цикличность активации эукариотического генома. Цикл, измерявшийся у зародыша вьюна 1-2 часами, при переходе к наземным и взрослым организмам, приблизился к суткам. Всплеск транскрипции регистрируется во время сна, когда исчезают непредсказуемые телодвижения, и остаются лишь ритмичные сокращения отдельных групп мышц (дыхание, сердцебиение, перистальтика кишечника и т.п.), с паузами которых, возможно, синхронизировано химическое волновое поле организма. Во время сна отмечается интенсивный синтез РНК и белков, а также — вероятно для его обслуживания — повышается потребление кислорода и тонус сосудов.

[В этой связи весьма интересно отметить, что, согласно Лингу, именно оксигенированное состояние является релаксированным или R-состоянием (от англ. relaxed). Соответственно, деоксигенированное состояние является напряженным или Т-состоянием (от англ. tense). И хотя оксигенация и деоксигенация — не то же самое, что окисление и восстановление, эти явления, тем не менее, весьма схожи. Так, например, оксигенация, также как и окисление, подразумевает отъем электронов от гемоглобина, а деоксигенация — отдачу электронов белку.

Переход из T- в R-состояние, сопровождающий оксигенацию, среди прочего сопровождается:

• диссоциацией шести пар межмолекулярных и двух пар внутримолекулярных солевых связей, удерживающих белок в свернутом («одеревенелом», энергетически истощенном) состоянии;
• понижением величины c некоторых анионных групп (обратный эффект Бора), что сопровождается снижением аффинности к H⁺ и, соответственно, повышенной отдачей их среду (что отражается, в частности, кислой мочой);
  
• снижением энтропии;
• увеличением реактивности сульфгидрильных групп;
• увеличением растворимости гемоглобина в воде.
  

Фактически оксигенация, наиболее интенсивно происходящая во время сна, переводит весь организм в состояние консервации и покоя, в состояние с высокой потенциальной энергией и низкой энтропией.

Таким образом, рекомендации соблюдать в периоды болезней покой, постельный режим и вообще больше спать, а не прыгать козлом и не ходить на работу через «не могу», получают, наконец, строгое биофизическое обоснование.

Также хорошо известно, что решающее выздоровление от всевозможных разновидностей, например, ОРВИ происходит именно во сне и сопровождается интенсивным пропотеванием. — прим. ред.]

Растущий организм спит больше, чем взрослый, сформировавшийся. Неслучайно в народе говорят, что дети растут во сне. Впрочем, зависимость развития ребенка от длительности сна зарегистрирована не только колхозниками, но и наукой.

«Механизмы сна более или менее известны, но совершенно непонятно, для чего нужен сон, в чем его функциональная сущность». [Чайченко, Харченко, 1981].

Старые представления о сне, как об отдыхе, и раньше-то не удовлетворяли биологов — в частности, из-за того, что в это время интенсифицируются важнейшие процессы жизнедеятельности — синтез РНК и белков, потребление кислорода и т.д.

«Зачем нужен сон, ... доподлинно никто не знает. Большинство исследователей ныне сходятся на том, что сон весьма активный, а не пассивный, как некогда считалось, процесс, сущность же его пока непонятна. Скажем проще: сон — это не отдых, а важная работа». [Иванов-Муромский, 1985]

Для стариков же и вовсе характерна бессонница, но вряд ли кто-то скажет, что отдых нужен им меньше, чем молодым.

Связь сна с процессами транскрипции и синтеза белков-ферментов привела к тому, что сон оказался главным фактором, определяющим суточные ритмы организма. Если за начало отсчета принять сон, то, практически, исчезает разница между ритмами дневных и ночных животных [Деряпа и др., 1985].

Анализ физиологии организмов, связанных с водной средой — рыб, амфибий, рептилий — дает основания думать, что сон нужен, прежде всего, для обеспечения неподвижности тела. У человека, как и у других млекопитающих, неподвижность во время сна обеспечивается отключением скелетной мускулатуры. Но в беспокойной водной среде — чтобы гарантировать неподвижность — недостаточно расслабить мышцы. Волны могут изгибать тело спящего животного. Поэтому у рыб, земноводных, пресмыкающихся эквивалентом нашего сна стала так называемая каталептическая обездвиженность, достигаемая не за счет расслабления, а за счет чрезвычайного напряжения мышц [Карманова, 1977]. Затраты мышечной энергии при «одеревенении» тела так велики, что если приложить руку к шее спящей черепахи, то в отличие от периода бодрствования, можно ощутить ее теплоту. Какой уж тут отдых!

У многих животных сосуществуют ночной сон и дневная форма обездвиженности с открытыми глазами, для которой характерно непрерывное каталептоидно-тоническое возбуждение скелетной мускулатуры. На обездвиженность типа каталепсии

• у рыб (карликовый сомик) приходится около 30% времени суток,
• у амфибий (травяная лягушка) — около 60%,
• у рептилий (болотная черепаха) — около 45%.

По мере развития центральных механизмов, ответственных за сон теплокровных, дневная форма покоя типа каталепсии сокращается, составляя

• у сов — 25% времени суток,
• у кур — порядка 18% времени,
• у млекопитающих (кролик, морская свинка) — около 5% и постепенно утрачивает значение.

С позиций КСГ, периодическая обездвиженность организмов и связь активирования генов с состоянием сна, со стабильностью позы — понятны и естественны. Прослеживается логическая связь с некоторыми событиями на клеточном уровне, где активность генов клеток крови приурочена не к функционированию клеток в кровеносном русле, а к их неподвижности.

Удивительно, но факт — всплеск биохимических процессов, вызванный активированием генов, приурочен не ко времени бодрствования, когда желательна мобилизация всей энергии, всех возможностей организма, когда животное охотится, спасается от врагов и т.п., а привязан к «потерянному для жизни» времени сна!

[Вне зависимости от того, насколько верны выкладки, приведенные нами в задаче о потере веса во время сна, этот феномен находит дополнительные мощные подтверждения и с позиций КСГ. — прим. ред.]

Такая совокупность данных заставляет думать, что

Естественно, что во время движения животного точная оптическая проекция затруднена.

Не вдаваясь в подробности, оговоримся, что несовместимы со сном лишь апериодические, неожиданные движения животного, а ритмичные движения на уровне автоматизма — дыхание, биение сердца и иногда даже однообразная работа, ходьба без изменения направления или «крейсерское» плавание рыб и дельфинов — способны сочетаться со сном и всеми его функциями. Вероятно, здесь Природа использует возможность как бы «остановить» ритмичное движение, синхронизируя «пачки» структурогенных волн с одной и той же фазой цикла, как поступают при стробоскопических исследованиях. Апериодические же движения «остановить» подобным образом принципиально невозможно.

Можно предположить, что существование различных фаз сна, их циклическая повторяемость — обусловлены потребностями все того же волнового активирования генов. По данным киносъемки, ядра клеток медленно вращаются, причем период их вращения, по порядку величины (1,27–4,65 часа по данным Немечек с сотр., 1978), соответствует периодичности повторения фаз сна. Скорее всего, фазы сна являются разными этапами подготовки кариооптики к работе. Например, сначала отключается скелетная мускулатура, ядра клеток ориентируются относительно слабого еще волнового поля. Затем на короткое время включается «генеральное» поле, происходит главное событие активирования генов, а после этого — дезорганизация ориентации ядер и последующее повторение цикла, занимающего в сумме 1,5–2,5 часа. Такие представления можно сравнить с непрерывно повторяющимися циклами организации-дезорганизации рецептивных полей сетчатки у млекопитающих в процессе зрительного восприятия.

Хорошо известно, что иногда — при попытках бороться со сном или просто на грани между сном и бодрствованием — человек (или кошка, или собака) неожиданно вздрагивает всем телом, словно пронизанный током. Такого никогда не случается при полном бодрствовании или, наоборот, при глубоком сне. Судя по всему, мы вздрагиваем в том случае, если пачка «генеральных» структурогенных волн (или, может быть, «пробная» волна) проходит раньше, чем нервная система отключает скелетную мускулатуру.

[В этой связи хочется порекомендовать освежить в памяти задачу о том, что делает с человеком препарат Ревича под названием ASAT. — прим. ред.]

Приуроченность пика активирования генов к состоянию неподвижности и сна обусловила суточные колебания объемов клеточных ядер. У человека, и вообще у дневных животных, максимум объема ядер, как и следовало ожидать, приходится на ночное время.

Связь транскрипции со сном отлично согласуется с КСГ. Но, справедливости ради, заметим, что этот факт нельзя рассматривать именно как доказательство КСГ, потому что, в случае развития организма под управлением диссипативных структур, необходимость неподвижности организма во время формообразовательных процессов оказалась бы еще более острой, чем при оптическом механизме управления. Дело в том, что при оптическом управлении возможна быстрая подстройка системы за счет поворотов и изменения формы клеточных ядер, тогда как диффузия крупных молекул при формировании диссипативных структур протекает принципиально медленнее, и в это время недопустимы движения частей организма.

Продолжение